船舶海水管路冲刷腐蚀仿真及试验研究
船舶作为海洋资源开发与利用、海疆安全防御的重要装备，在国防建设和国民经济发展中发挥了非常重要的作用。海水管路系统是船舶的关键组成部分，承担着调载、冷却、消防等重要任务。由于海水管路材料长期服役于苛刻的海洋环境中，冲刷与腐蚀的综合作用往往使其遭受极为严重的腐蚀，一旦发生腐蚀泄露将会严重威胁到船舶的安全。国内外相关研究和工程实践结果表明，管路材料的冲刷腐蚀破损问题非常突出，引起了广泛的关注。随着海洋船舶装备技术水平的日益进步，对海水管路系统材料的服役寿命和可靠性要求也不断提高,迫切需要针对海水管路冲刷腐蚀行为开展系统研究。近年来，数值仿真技术由于可以开展多工况条件下材料的长期腐蚀行为预测分析而得到了飞速发展，现已作为一种实用工具被广泛应用于腐蚀防护领域,进而为海水管路系统冲刷腐蚀的相关研究提供了一种新的技术手段。 本文针对船舶海水管路冲刷腐蚀研究的技术需要，选取广泛应用的B10铜镍合金管路材料作为研究对象，采用仿真计算与腐蚀试验相结合的方法，对海水管路在单相流和液固两相流条件下的冲刷腐蚀行为开展了仿真及试验研究，获得的研究成果如下: 1.基于Fluent仿真平台，运用腐蚀电化学模型开展4个典型海水管路系统在单相流条件下的冲刷腐蚀仿真研究，对海水流速、氧浓度及管路结构设计等因素对管系冲刷腐蚀速率的影响进行了分析，并获取了管系各位置的冲刷腐蚀速率。结果表明，在弯管、三通管、异径管等流体流态发生快速转变的位置，腐蚀速率较高，成为影响管系使用寿命的重点关注因素。同时，开展了 B10合金在单相流条件下(3.5wt.％NaCl溶液)的冲刷腐蚀试验，运用SEM、EDS、XPS及电化学等技术对各流速下B10合金的冲刷腐蚀行为进行测试与分析，阐明了流速对B10合金冲刷腐蚀行为的影响规律。流速由1m/s增加至6 m/s的过程中，仿真计算获取的腐蚀速率由0.0283 mm/a增加至0.1470 mm/a,冲刷试验获取的腐蚀速率由0.0315 mm/a增加至0.1313 mm/a,仿真计算与试验结果趋势基本相同，二者误差为11.05％,故单相流条件下腐蚀仿真与试验结果具有较好的一致性。 2.基于以上海水管系的仿真结果和实际工程经验，运用数值仿真平台进一步对管系中腐蚀较为严重的弯管、异径管、三通管等开展研究，探究其在更为苛刻的液固两相流条件下(含砂量为1.5％的3.5wt.％NaCl溶液)的冲刷腐蚀规律。运用离散相模型，得到了管路结构、流体流速、颗粒性质、汇流方向等因素对典型管件冲刷腐蚀行为的影响规律，计算获取了各工况条件下管路的冲蚀速率。同时开展了 B10合金在液固两相流条件下的冲刷腐蚀试验，运用SEM、EDS及电化学等技术对各流速下B10合金的冲刷腐蚀行为进行测试与分析，结果表明砂粒的存在使合金的冲刷腐蚀速率大幅度增加。流速由1 m/s增加至6 m/s的过程中，仿真计算获取的腐蚀速率由0.1812mm/a增加至0.6607 mm/a,冲刷试验获取的腐蚀速率由0.2061 mm/a增加至0.5838 mm/a,仿真计算与试验结果趋势基本相同，二者误差为12.21％,所以液固两相流条件下腐蚀仿真与试验结果具有较好的一致性。
船舶海水管路;冲刷腐蚀行为;单相流条件;液固两相流条件
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
刘斌
2023
中文
U664.84
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）